Computer Aided Design
CAD (von engl. computer-aided design) heißt soviel wie computergestützter Entwurf. Es stellt somit eine Art "elektronisches Zeichenbrett" dar.
Mit CAD Programmen erstellt man nicht nur technische Zeichnungen. Mit den aufwendigeren Programmen werden zunächst einmal dreidimensionale Volumenmodelle erstellt, aus welchen danach die Zeichnungen abgeleitet werden.
Die Volumenmodelle kann man jedoch noch für viele andere Dinge wie Festigkeitsberechnungen, generativer Fertigungsverfahren, Crashsimulationen und natürlich auch in der CNC-Fertigung mit Maschinen verwenden. CAD ist auch Bestandteil der computerintegrierten Produktion (CIM), bei der sich dem Entwurf die Fertigung anschließt.
Moderne Programe basieren auf Objektorientierter Programmierung. Jedes Bestandteil des Design besteht aus einem oder mehreren Objekten. Änderungen und Spezifikationen sind die Parameter der Objekte. Parameter können auf Relationen mit anderen Design Apekten beruhen und Versionen und Variationen des selben Designs verfügbar machen. Die bestmögliche Aufzeichnung der Intention des Designers sowie die Möglichkeit schneller Adaption machen das Object Orientierte parametrische Modelieren 'State of the Art'.
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CAD-Programme gibt es für zahlreiche verschiedene Anwendungsfälle und Betriebssysteme. Siehe dazu die wachsende Liste Mechanischer CAD Lösungen.
CAD Lösungen finden sich vor allem in den folgenden Bereichen:
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Entwurf von elektronischen Schaltungen. Diese Programme heißen ECAD.
Liste Elektronischer CAD Lösungen
Im Prozessverlauf einer solchen elektrotechnischen Entwicklung stehen im Mittelpunkt:
Auch in der klassischen Installationstechnik finden sich zahlreiche Anwendungsbereiche für Computersoftware. Ob große Hausinstallationen für Industrie oder öffentliche Gebäude, oder der Entwurf und die Umsetzung von SPS basierten Steuerungsanlagen für die jeweiligen Zwecke - selbst in diesem Sektor wird heute das individuelle Design der jeweiligen Anlage stark vom Computer unterstützt.
Einfache 2D CAD-Systeme sind vektororientierte Zeichenprogramme. Zeichnungselemente sind Punkte, Linien, Linienzüge, Kreisbögen, Splines. Werkzeuge ermöglichen das Erzeugen, Positionieren, Ändern und Löschen von Zeichnungselementen. Die Arbeitsweise unterscheidet sich wenig von der klassischen Arbeit am Zeichenbrett. Wesentliche Fortschritte werden durch die Verwendung von Ebenen (Layertechnik) und die Arbeit mit vordefinierten Symbolen (etwa für Norm- und Wiederholteile) erreicht.
Weiter entwickelte CAD-Systeme unterstützen die semi- oder vollautomatische Erzeugung von Bemaßungen und Schraffuren.
Ein weiteres Leistungsmerkmal moderner 2D CAD Systeme ist die Verwendung von Assoziativität zwischen Zeichnungselementen, zum Beispiel zwischen Linien und Bemaßungen. Leistungsfähige CAD-Systeme stellen Programmierschnittstellen zur Erweiterung der Funktionalität oder zur anwenderspezifischen Anpassung bereit.
Ein 3D CAD-System verarbeitet ein Volumenmodell des Konstruktionsobjektes. Dabei sind die folgenden Modellierungsverfahren verbreitet
Ein weiteres Merkmal moderner CAD-Systeme ist die weitgehende Assoziativität zwischen verschiedenen Geometrieelementen und besonders zwischen dem 3D-Objekt und der davon abgeleiteten Zeichnung. Beispielsweise kann durch Änderung des Durchmessermaßes an der Zeichnung einer Bohrung das 3D-Modell des Teiles der Baugruppe, in der das Teil verbaut ist, modifiziert werden - darüber hinaus gleichzeitig aber auch das für die Fertigung erforderliche Werkzeug.
So gut wie jedes Programm setzt auf ein eigenes Dateiformat. Dadurch ist der Datenaustausch zwischen verschiedenen CAD-Programmen alles andere als unproblematisch. Es gibt Ansätze zur Standardisierung. Im 2D-Bereich hat sich das DXF-Format als Standard weitgehend etabliert. Die überwiegende Zahl der CAD-Systeme kann DXF-Files lesen und schreiben, jedoch gehen dabei häufig CAD-Systemspezifische Besonderheiten verloren.
Im 3D-Bereich ist zwischen CAD-Systemneutralen und Systemspezifischen Datenformaten zu unterscheiden.
Wesentliche CAD-Systemneutrale Datenformate sind VDAFS, IGES, SAT und STEP sowie für spezielle Anwendungen die STL-Schnittstelle. Mit diesen Formaten gelingt in der Regel nur die Übertragung von Kanten- Flächen- und Volumenmodellen. Die Konstruktionshistorie geht in der Regel verloren, damit sind die übertragenen Daten in der Regel für eine Weiterverarbeitung nur bedingt geeignet.
CAD-Systemspezifische Datenformate ermöglichen die Übertragung der vollständigen CAD-Modelle, sie sind jedoch nur für wenige Systeme verfügbar.
Für die Weitergabe von PCB-Daten zur Erstellung von Belichtungsfilmen und Leiterplatten hat das so genannte Gerber-Format große Bedeutung.
Die Anfänge der CAD-Programme liegen am Ende der 1960er Jahre. Der französische Flugzeughersteller Avions Marcel Dassault (heute Dassault Aviation) begann ein Grafikprogramm zur Erstellung von Zeichnungen zu programmieren. Daraus entstand das Programm CATIA. Die Mirage war das erste Flugzeug, das damit entwickelt wurde. Damals benötigte so ein Programm noch die Leistung eines Großrechners.
Anfang der 1980er Jahre kamen nachdem die ersten Heimcomputer in Firmen und Haushalten standen auch CAD-Programme dafür auf den Markt. 1982 kam AutoCAD für das Betriebssystem DOS. Das Vorgehen bei der Konstruktion blieb jedoch beinahe gleich wie davor am Papier. Das 2D-CAD brachte jedoch als Vorteil sehr saubere Zeichnungen, die sehr einfach wieder geändert werden konnten. Es war schneller möglich, verschiedene Versionen eines Bauteils zu zeichnen.
Der Schritt zur dritten Dimension wurde durch die immer höhere Leistungsfähigkeit der Hardware dann gegen Ende der 1980er Jahre auch für kleinere Firmen erschwinglich. Damit konnte man den virtuellen Körper auch von allen Seiten begutachten. Es wurde mit diesen Daten auch möglich, Belastungen zu simulieren und Fertigungsprogramme für computergesteuerte Werkzeugmaschinen (CNC) abzuleiten.
Die Weiterentwicklung der Programme erlaubte Bewegungssimulationen wie zum Beispiel das Auffahren einer Laderaumschiebetür am Auto, um beispielsweise Kollisionsuntersuchungen durchzuführen.
Gegen Anfang der 2000er Jahre gibt es erste Ansätze, die bis dahin immer noch zwingend nötige Zeichnung verschwinden zu lassen. In die immer öfter vorhandenen 3D-Modelle werden von der Bemaßung über Farbe und Werkstoff alle notwendigen Angaben für die Fertigung eingebracht.CAD-Programme
2D und 3D Konstruktionsanwendungen
Elektronische Schaltungen
Hierzu verwandt ist das Design von programmierbaren Bausteinen wie Gate Arrays, GALs, FPGA und anderen Typen programmierbarer Logik (PLDs) unter Benutzung von z.B. VHDL, Abel, etc. Als weiterhin ähnlich kann man das computerbasierte Design auf dem Chip (Silizium) Level von frei entworfenen Analog und Logikschaltkreisen, in so genannten ASICs, bezeichnen.Technik
2D
2 1/2 D
dies ist kein 'echtes' 3 D - das bedeutet, dass mit Flächen und Geraden im Raum gearbeitet wird. Diese Methode ist weniger rechenintensiv als 3D und wird oft von Architekten- Programmen genutzt, weil scheinbar ähnliche Ergebnisse möglich sind wie bei Volumenmodellen.3D
Moderne 3D CAD-Systeme unterstützen alle 3 Modellierungsverfahren. Datenformate
Geschichte